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WO2018210453A1 - Vorrichtung und verfahren zur spektralen regelung eines gleichspannungswandlers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur spektralen regelung eines gleichspannungswandlers Download PDF

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WO2018210453A1
WO2018210453A1 PCT/EP2018/025047 EP2018025047W WO2018210453A1 WO 2018210453 A1 WO2018210453 A1 WO 2018210453A1 EP 2018025047 W EP2018025047 W EP 2018025047W WO 2018210453 A1 WO2018210453 A1 WO 2018210453A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power electronics
switching states
frequency
error signal
modulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/025047
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan GÖTZ
Christian KORTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE112018001464.9T priority Critical patent/DE112018001464A5/de
Publication of WO2018210453A1 publication Critical patent/WO2018210453A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/166—Soft switching

Definitions

  • control method is preferably performed within one clock period or a predetermined multiple of a clock period and repeated at a regular repetition rate according to said clock.
  • Power electronics such that spectral properties, d. H. Amplitudes of respective frequencies, an output voltage or an error signal of the output voltage of the power electronics are adjusted according to a predetermined requirement. For this purpose, it is provided in particular that in a respective spectrum of a
  • Error signal, d. H. a distortion of the output voltage of the power electronics, which arises or by a change of switching states of the power electronics, at least one spectral gap is generated.
  • gaps are typical, for example, notch and band-stop filter, as they are particularly in the low-power
  • Signal electronics are used, and correspond to greatly reduced amplitudes in a respective selected frequency range.
  • Power semiconductors of the power electronics adapt that is selected from the number of possible switching states of the power electronics that switching state that changes a spectrum of the error signal of the output voltage of the power electronics compared to a current switching state of the power electronics such that a selected range attenuated by a certain factor, d. H. is reduced in amplitude and, as a result, an influence of corresponding frequencies of the selected range is reduced to other electronic devices, in particular minimized.
  • a frequency spectrum of corresponding error signal is calculated or simulated. Starting from the simulated
  • Frequency spectra of the number of switching states can that switching state of
  • Power electronics are selected that best meets a respective requirement, that causes an error signal of an output voltage of the power electronics, which corresponds in its spectral characteristics of the requirement or shows a minimum deviation from the requirement of all alternative switching states.
  • the power electronics can be adjusted accordingly, ie the respective power semiconductors of the power electronics can be switched accordingly, whereby an average switching rate of the power semiconductors is adjusted simultaneously.
  • the presented method makes it possible, by selecting switching states of the power electronics which are adapted to respective requirements, to correspondingly adapt error signals generated by a power electronics or of respective spectral properties of the error signals of an output voltage
  • the at least one request is selected as a function of a current position of the vehicle.
  • the respective requirements are dynamically adapted to changes of respective third-party devices, such as, for example, to a radio station tuned to a radio receiver.
  • respective third-party devices such as, for example, to a radio station tuned to a radio receiver.
  • a frequency band set on the radio station d. H. according to a current one
  • spectral gaps in a frequency spectrum of an error signal of an output voltage of each power electronics can be used as a basis for selecting respective requirements. This means that switching states of power electronics are selected as a function of a requirement that changes dynamically, for example, according to a currently set radio station or according to a current search window of a radio receiver.
  • a respective user associated devices such as smart phones are susceptible to interference
  • a user assigned device itself or in combination with another device, such as a radio receiver of a respective vehicle, given or used to select respective requirements. Accordingly, a request may be made such that frequencies generated by power electronics that is a receive frequency band of the
  • a switching state of a power electronics indicates in particular a state of all power semiconductors of the corresponding power electronics.
  • Switching operations or switching states of the at least one power electronics to reduce the change in the error signal of the power electronics and in particular to suppress vibrations in the error signal.
  • the switching states of the power electronics are defined by the combination or interaction of the respective switching states of the individual power semiconductors of the power electronics.
  • the integrator element can be interpreted as a filter that weights the error signal to form a spectral pattern that attenuates the values of amplitudes of selected frequencies, such as those of high frequencies.
  • the filter can in particular correspond to a target spectrum according to a respective requirement, wherein the penalty term is chosen such that respective frequencies are attenuated such that a correspondingly filtered spectrum approaches the target spectrum as best as possible, for example, by minimizing vibrations in the error signal.
  • a target spectrum is determined by means of at least one predetermined weighting factor, which uses as default for selecting a respective switching state of the power electronics from the possible simulated switching states of the power electronics becomes.
  • Weighting factors K and ⁇ weighted so that both requirements can be considered together or at the same time in the selection of a respective switching state of a power electronics.
  • ⁇ 1 ⁇ 2 stands for a spectral deviation or for an error signal (see equation (2)), ⁇ and K for weighting factors or compensation parameters, by means of which balancing between respective requirements and ⁇ 1 ⁇ 2 for a density of respective ones
  • Equation (2) applies to calculate ⁇ 1 ⁇ 2 :
  • F (Ü>) stands for a frequency-transformed, ie in particular Fourier-transformed, quantified output signal Sp * (a>) for a target spectrum of the
  • the error signals of the simulated switching states of the power electronics are pre-processed by means of a filter function.
  • a filter function for example, a bandpass or bandwidth filter or a notch filter (notch filter or frequency cut filter) can be selected, which approximates a frequency spectrum of an error signal of a respective switching state of a power electronics to a specified by the requirement target by, for example, a certain frequency range in its amplitude is lowered.
  • a respective most suitable switching state can be identified and selected for adjustment to a respective power electronics.
  • a cut-off function which is inversely proportional to high frequencies at respective amplitudes of a number of selected frequencies, is selected as the filter function.
  • Filter characteristic as is typical for a bandpass. This means that by means of the cutoff function falling inversely proportional to high frequencies, an edge of a spectrum of an error signal of a power semiconductor can be cut off or greatly reduced in its amplitude, so that influences of the high frequencies are minimized.
  • a cut-off function By applying a cut-off function to a spectrum of an error signal, it is possible to "cut off" a given frequency range of the spectrum or to filter the spectrum in such a way that the predetermined frequency range is attenuated in its corresponding amplitudes.
  • selected values of the frequency spectrum are reduced in their amplitude below a predetermined threshold value by means of a mathematical function.
  • Filter function damped, or reduced in their amplitude, ie weakened in intensity. Due to a weakening of selected frequency ranges in their intensity, so-called “spectral gaps” are created, which are chosen in particular such that they are placed in operating ranges of third-party devices in order to meet respective requirements of, for example, the third-party devices.
  • a threshold value of 40 dB has proved to be the threshold for attenuation of respective frequencies, since an intensity below this threshold significantly reduces an influence on third-party devices.
  • the present invention relates to a modulator for power electronics, wherein the modulator comprises at least one control unit which is configured, a switching state of the power electronics in response to a comparison of predetermined by at least one specification spectral requirements and respective frequency spectra of error signals of an output voltage of the power electronics, each corresponding to a simulated switching state of the power electronics to select and with constant timing of respective switching rates of
  • the switching state of the power electronics is thereby encompassed by an interaction of respective switching states of the power electronics
  • the power electronics comprise at least one, usually a plurality of power semiconductors.
  • the presented modulator is used in particular for carrying out the presented method. In a further possible embodiment of the presented method is provided for controlling a time average of the output voltage of
  • an offset can be subtracted from the calculated values of the numerical representation of the switching states in order to achieve the desired time average of the output signal or of the output voltage.
  • Output voltage of half the amplitude of the input voltage can be set, calculated the method presented by means of the numerical representation of the switching states S ⁇ ⁇ -0.5, 0.5 ⁇ the output signal, while retaining all
  • a ratio of 0.5 between the input and output voltages is enforced by the external control.
  • control unit is further configured to be in the frequency spectrum by means of mathematical function depending on the at least one request to generate spectral gaps.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of the presented method, in which a specification for carrying out the presented method is selected as a function of a current position of a respective vehicle.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a sequence of a possible embodiment of the presented method.
  • Figure 3 shows effects of variously chosen weighting factors in the
  • FIG. 4 shows effects of a filter function for superimposing a
  • FIG. 5 shows effects of a further filter function for superimposing a
  • FIG. 6 shows effects of a further filter function for superimposing a
  • a vehicle 1 which is a third party in the form of a
  • Alternate formation step 25 determined. For each switching state in the
  • Alternating step 25 detected switching states is independently determined a corresponding error signal in a step 27 or 27 'and in
  • Frequency transformation steps 28 and 29 or 28 'and 29' in which a Fourier transformation of a selected time range is calculated, examined for its spectral components.
  • Frequency transformation steps 28 and 29 or 28 'and 29' are combined to a step 30 using short-term frequency analyzes, such as wavelets.
  • short-term frequency analyzes such as wavelets.
  • selected mathematical functions such as filters and / or standard functions are applied in a step 31 or 31 'to judge their correspondence to respective requirements and in one
  • Selection step 33 to select the switching state of the power electronics, which causes an output voltage of the power electronics, the best possible meets the requirements and this accordingly by means of a modulator, such as
  • Pulse width modulator in a control step 35 to adjust the power electronics to adjust the power electronics.
  • a respective frequency spectrum optimally fulfills a respective requirement, for example, a difference between a spectrum corresponding to the requirement and a respective spectrum which is assigned to a specific switching state from the alternative switching states determined in step 25 can be calculated.
  • a respective switching state of the power electronics is one or a plurality of configurations of switching states encompassed by the power electronics
  • the first spectrum 31 shows effects of differently chosen
  • Weighting factors on an equation by means of which two requirements are taken into account simultaneously in the calculation of a spectrum of an error signal of an output voltage of a power electronics.
  • factors of the equation according to the two requirements are adjusted such that a corresponding spectrum best suits the two requirements, i. H.
  • the first spectrum 31 shows the effects of the selection of small values in the determination of a first weighting factor, so that low frequencies, for example in a region 35 in comparison to higher ones
  • Frequencies in a range 37 are relatively strongly attenuated. Due to the influence of the second weighting factor, however, a relatively small number of outliers 39 occur in region 35, which could lead to disturbances in third-party devices.
  • Calculation of the second spectrum 33 can be considered to increase. This means that a simulation of a large number of switching states, such as 2, 5, 10 or 100 in the future, reduces or minimizes outliers.
  • FIG. 4 shows a spectrum 43 which has been entered into a diagram which extends over the abscissa over a frequency in the unit Hz and on the ordinate above a normalized relative amplitude.
  • Filter function was a range 53 within the spectrum 51, attenuated at about 5000 Hz with a width of about 400 Hz to create a spectral gap in the spectrum 51, so that a third party that sensitive to interference in the range of 5000 Hz is operated without interference parallel to a correspondingly regulated power electronics
  • spectrum 54 shows the spectrum of a switching signal of a switch of a power electronics using an embodiment of the presented method, which was plotted on a graph that is on 30 of the abscissa over a frequency in the unit Hz and on the Ordinate over one normalized relative amplitude extends.
  • two regions 55 and 56 are simultaneously attenuated by the presented control method to produce two spectral gaps in the spectrum 54 such that a third device sensitive to spurious signals in these two regions operates smoothly in parallel with a correspondingly controlled one Power electronics can be operated.
  • the presented method 60 is applied in a cascaded control to control the output voltage 62 of a
  • the DC converter 61 to control using an outer control loop 59.
  • the voltage error 64 is calculated by the output voltage 62 of the
  • DC-DC converter 61 is subtracted from the setpoint 57. From the
  • Voltage error 64 can thus be used to calculate the input to the voltage regulation method 63 (eg PI controller). The ratio of the voltage error 64 to
  • Input voltage is subtracted from the numerical representation of the switching states, and used as input to the external voltage regulator 63.
  • the external voltage regulator 63 calculates the input of the present invention
  • Method 60 calculates using a
  • setpoints 58 are known by respective specified requirements and past values 70 from a history of switching states of power electronics.
  • all possible future switching states of power electronics and the history of switching states of the power electronics with a temporally exponentially decaying window 66 are multiplied to the input signals as vectors for the
  • Frequency transformation 67 provide. The results of the frequency transformation 67 are compared with a target spectrum 68, resulting in an error signal in the Frequency range is calculated. From all possible switching states of the
  • set values 58 are known by respective specified requirements and past values 70 from a history of switching states of power electronics.
  • all possible future switching states of a power electronics and the history of switching states of the power electronics are evaluated to determine the number of switching operations in the examined time window for all possible future switching states in a step 72.
  • the future switching state that is best in accordance with the predetermined specifications eg, minimum number of switching states
  • setpoints 58 are known by respective specified requirements and past values 70 from a history of switching states of power electronics.
  • the illustrated sequence combines the calculations of the processes shown in Figure 8 and Figure 9. Here, both the number of
  • step 79 To identify switching state.
  • the optimum future switching state is passed on in step 79 to a switch of power electronics.
  • An embodiment of the present invention includes at least one integrated circuit, preferably a digital signal processor (DSP), a field programmable gate array (FPGA), or an application specific integrated circuit ASIC to implement the method.
  • This embodiment preferably measures at least one electrical voltage on at least one electrical connection pair by means of at least one voltage measurement and converts the at least one signal of the at least one voltage measurement into digital values for the at least one integrated circuit by means of an analog-to-digital conversion.
  • DSP digital signal processor
  • FPGA field programmable gate array
  • ASIC application specific integrated circuit ASIC
  • the invention further comprises at least one digital frequency transformation, preferably a discrete Fourier transformation.
  • the at least one frequency transformation can transform at least one digital voltage signal into a frequency range directly or indirectly after further mathematical operations.
  • the at least one shift register preferably stores past power electronics switching states, wherein the oldest value in the memory may be cleared in each timing step when a new value is added.
  • the output of the switching states which were identified as optimal due to the simulation of the possible switching states, can take place by means of at least one digital output of the at least one integrated circuit.
  • the embodiment preferably further comprises at least one gate driver which receives at least one signal of the at least one digital output and electrically amplifies this signal for at least one electronic switch.
  • control cascade comprising at least one voltage regulation and at least one spectral regulation may further comprise at least two integrated circuits, at least one of which is integrated
  • Circuit voltage regulation comprising at least one analog-to-digital converter, at least one digital output for outputting switching states and at least one controller implemented and at least one integrated circuit spectral control comprising at least one frequency transformation, at least one
  • Shift register at least one vector difference unit for calculating the difference between two vectors and at least one cumulative sum unit, which receives as input at least one vector and calculates the sum of the entries of the vector implemented.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem Modulators der Leistungselektronik ein Schaltzustand der Leistungselektronik aus einer Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik in Abhängigkeit mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur spektralen Regelung eines
Gleichspannungswandlers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines
Gleichspannungswandlers sowie einen zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens geeigneten Modulator.
Beim Verwenden von Leistungselektroniken zur Wandlung von Spannungen oder Steuerung von Strömen bspw. zwischen unterschiedlichen Bordnetzen in Land- und Wasserfahrzeugen werden von einer jeweiligen Leistungselektronik umfasste
Leistungshalbleiter mit hoher Frequenz geschaltet, um verschiedene Zustände der Leistungselektronik abzubilden. Bedingt durch das Schalten der Leistungshalbleiter erzeugt die Leistungselektronik ein Fehlersignal, das in seiner Frequenz mit weiteren elektrischen Geräten, wie bspw. einem Radioempfänger, wechselwirken kann, wodurch Störgeräusche bzw. Störeffekte entstehen können. Insbesondere bei Steuerungen jeweiliger Leistungshalbleiter mittels Pulsweitenmodulatoren kommt es häufig zu harmonischen Oberschwingungen, die sich als Fehlersignale auf weitere elektrische Geräte auswirken. Um einen Einfluss von schaltungsbedingten spektralen Änderungen von
Leistungselektroniken zu reduzieren, sind im Stand der Technik Verfahren beschrieben, bei denen eine Taktung eines Modulators zum Schalten jeweiliger Leistungshalbleiter jeweiliger Leistungselektroniken geändert wird. In der US-amerikanischen Druckschrift US 2001 0015 904 AI wird ein Verfahren zum Verringern von Schaltverlusten beim Schalten von Leistungshalbleitern einer
Leistungselektronik offenbart. Dabei werden Steuersignale für jeweilige
Leistungshalbleiter in Abhängigkeit von Spannungen jeweiliger Motorphasen bestimmt. Die US-amerikanische Druckschrift US 2003 0174 081 AI offenbart einen Inverter mit einem Schaltmodul zur Kontrolle jeweiliger Leistungshalbleiter des Inverters.
Der US-amerikanischen Druckschrift US 2005 0254 265 AI ist ein Verfahren zum Kontrollieren einer Ausgangsspannung eines Spannungswandlers, der Gleichspannung in eine von einer Kontrolleinheit vorgegebene Ausgangsspannung umwandelt, zu
entnehmen.
Ein Frequenzteiler sowie eine Methode zur Frequenzverbreiterung eines Spektrums eines Stromrichters, bei der auf eine ursprüngliche Taktfrequenz ein zusätzliches Signal aufmoduliert wird, ist der US-amerikanischen Druckschrift US 2009 0033 374 AI zu entnehmen.
Ein Pulsweitenmodulator, basierend auf einem Sigma-Delta Modulator, ist in der US- amerikanischen Druckschrift US 5 901 176 A offenbart.
In der US-amerikanischen Druckschrift US 6 559 698 Bl ist ein Schaltkreis zur Regelung einer Taktrate auf Grundlage eines durch einen Oszillator bereitgestellten Signals offenbart.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Regelung eines von einer Leistungselektronik erzeugten Fehlersignals unter
Beibehaltung einer Taktrate zur Schaltung jeweiliger Leistungshalbleiter der
Leistungselektronik bereitzustellen.
Es wird ein Verfahren zum Regeln einer Leistungselektronik, beispielsweise für ein Fahrzeug, vorgestellt, bei dem unter Beibehaltung einer aktuellen Taktrate der
Leistungselektronik ein Schaltzustand der Leistungselektronik aus einer Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik in Abhängigkeit mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird.
Die Taktrate ist im Sinne dieser Erfindung die Rate, mit der Berechnungen für die Auswahl des nächsten Schaltzustandes durchgeführt werden. Der Takt wird vorzugsweise von einem Taktgeber erzeugt und vorgegeben, beispielsweise einem elektronischen Quarz. Alternativ kann der Takt auch aus einem bereits vorhandenen Takt über einen
spannungsgesteuerten Oszillator (voltage-controlled oscillator, VCO) oder einen Taktteiler oder Taktvervielfacher, wie sie dem Fachmann bekannt sind, erzeugt werden. In
Ausgestaltung kann die Taktrate beispielsweise als Takt einer integrierten Schaltung oder einer Iterationsrate einer Routine der integrierten Schaltung dienen, die das
erfindungsgemäße Regelverfahren implementiert. Das Regelverfahren wird vorzugsweise innerhalb einer Taktperiode oder einem fest vorgegebenen Vielfachen einer Taktperiode durchgeführt und mit regelmäßiger Wiederholrate gemäß des genannten Taktes wiederholt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf leistungselektronische
Gleichspannungswandler, die elektrische Energie zwischen mindestens zwei elektrischen Anschlusspaaren mit vorzugsweise jeweils unterschiedlichen elektrischen Spannungen transferiert, wobei es sich bei den elektrischen Spannungen der elektrischen
Anschlusspaare um Gleichspannungen handelt. Gleichspannungswandler sind in großer Zahl im Stand der Technik bekannt. Beispiele können auch in der wissenschaftlichen Literatur gefunden werden [D. Schroeder. Leistungselektronische Schaltungen. 3rd edition, Springer, Berlin, 2012; ISBN 978-3-642-30103-2. und R. W. Erickson, D.
Maksimovic. Fundamentals of Power Electronics. 2nd edition, Springer, Berlin, 2001 ; ISBN 978-0-792-37270-7]. Gleichspannungen im Sinne der Erfindung wechseln ihre Spannungspolarität außerhalb eines Fehlerfalles nicht. Anschlusspaare werden ferner in der Literatur häufig als Eingänge oder Ausgänge und jeweils zugehörige Spannungen als Eingangsspannungen oder Ausgangsspannungen bezeichnet. In der Regel werden solche Anschlusspaare als Ausgänge bezeichnet, deren Spannungen oder Ströme, folglich als Ausgangsspannungen oder Ausgangsströme bezeichnet, durch eine Regelung auf eine vorgegebene Zielbedingung, beispielsweise einen Zielwert hin geregelt werden.
Eine Regelschleife im Sinne der Erfindung minimiert den Absolutwert mindestens eines zugehörigen Fehlersignales. Im vorliegenden Fall wird das Fehlersignal vorzugsweise aus der Abweichung des Frequenzspektrums mindestens einer elektrischen Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares zu einem vorgegebenen Zielspektrum gebildet. Das Zielspektrum wird vorzugsweise als Funktion über der Frequenz bzw. als Tabelle bestehend aus einer endlichen Anzahl von Paaren von diskreten Frequenzen und zugehörigen Werten des Zielspektrums an der entsprechenden Frequenz vorgegeben.
Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Regeln bzw. Steuern einer
Leistungselektronik derart, dass spektrale Eigenschaften, d. h. Amplituden jeweiliger Frequenzen, einer Ausgangsspannung bzw. eines Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik gemäß einer vorgegebenen Anforderung angepasst werden. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass in einem jeweiligen Spektrum eines
Fehlersignals, d. h. einer Verzerrung der Ausgangsspannung der Leistungselektronik, das bzw. die durch einen Wechsel von Schaltzuständen der Leistungselektronik entsteht, mindestens eine spektrale Lücke erzeugt wird. Derartige Lücken sind beispielsweise für Notch- und Bandsperr-Filter typisch, wie sie insbesondere in der leistungsarmen
Signalelektronik verwendet werden, und entsprechen stark reduzierten Amplituden in einem jeweiligen ausgewählten Frequenzbereich.
Unter spektralen Eigenschaften sind im Kontext der vorgestellten Erfindung insbesondere Amplituden eines jeweiligen Frequenzspektrums eines Fehlersignals der
Ausgangsspannung einer jeweiligen Leistungselektronik zu verstehen. Da sich die Amplituden des Frequenzspektrums der Ausgangsspannung des Fehlersignals der Leistungselektronik in Abhängigkeit von Änderungen von Schaltzuständen der Leistungshalbleiter der Leistungselektronik ändern, sind unter spektralen Eigenschaften auch Amplituden eines Frequenzspektrums eines Fehlersignals jeweiliger
Leistungshalbleiter der Leistungselektronik zu verstehen. Unter einem Modulator ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Modul zur Steuerung von Schaltzeiten und zeitlichen Schaltabfolgen und Schaltsequenzen jeweiliger
Leistungshalbleiter einer Leistungselektronik zu verstehen.
Unter Verwendung des vorgestellten Verfahrens kann auch vorgesehen sein, die spektralen Eigenschaften einer jeweiligen Leistungselektronik bzw. jeweiliger
Leistungshalbleiter der Leistungselektronik dadurch anzupassen, dass aus der Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik derjenige Schaltzustand ausgewählt wird, der ein Spektrum des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik gegenüber einem aktuellen Schaltzustand der Leistungselektronik derart ändert, dass ein ausgewählter Bereich mit einem bestimmten Faktor gedämpft, d. h. in seiner Amplitude reduziert wird und, dadurch bedingt, ein Einfluss entsprechender Frequenzen des ausgewählten Bereichs auf weitere elektronische Geräte reduziert, insbesondere minimiert wird. Um einen Einfluss jeweiliger Frequenzen eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer Leistungselektronik auf weitere elektronische Geräte zu dämpfen bzw. zu minimieren, ist insbesondere vorgesehen, dass ausgehend von einer Anzahl vergangener Schaltzustände der Leistungselektronik, für eine Anzahl aktueller und/oder zukünftiger Schaltzustände der Leistungselektronik ein Frequenzspektrum eines entsprechenden Fehlersignals berechnet bzw. simuliert wird. Ausgehend von den simulierten
Frequenzspektren der Anzahl Schaltzustände kann derjenige Schaltzustand der
Leistungselektronik ausgewählt werden, der eine jeweilige Anforderung bestmöglich erfüllt, d. h. der ein Fehlersignal einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik bewirkt, das in seinen spektralen Eigenschaften der Anforderung entspricht oder eine unter allen alternativen Schaltzustände geringste Abweichung zu der Anforderung zeigt. Sobald der Schaltzustand, der die jeweilige Anforderung bestmöglich erfüllt, feststeht, kann die Leistungselektronik entsprechend eingestellt, d. h. können die jeweiligen Leistungshalbleiter der Leistungselektronik entsprechend geschaltet werden, wodurch eine durchschnittliche Schaltrate der Leistungshalbleiter gleichzeitig eingeregelt wird.
Insbesondere können bei Simulationen von möglichen Schaltzuständen in mehreren aufeinanderfolgenden Zeitschritten in der Zukunft, Sequenzen von Schaltzuständen simuliert und berechnet werden. Das Verfahren testet in dieser Form vorzugsweise alle Kombinationen der Schaltzustände für die zum aktuellen Zeitpunkt direkt nachfolgende Taktperiode mit den Schaltzuständen der darauffolgenden Taktperiode sowie einer vorgegebenen Anzahl von weiteren darauffolgenden Taktperioden, um jene Sequenz von Schaltzuständen für eine bestimmte Anzahl von zukünftigen Taktperioden zu ermitteln, die am Ende der zeitlich letzten dieser Taktperioden das beste Ergebnis im Sinne der Erfindung liefert. Das Verfahren kann dabei die gesamte Sequenz an die Schalter zur entsprechenden Einnahme der Schaltzustände übermitteln und somit durchführen, um erst am Ende der Sequenz die nächste Sequenz für dann zukünftige Taktperioden zu berechnen. Vorzugsweise wird jedoch lediglich ein Teil der Sequenz, besonders vorzugsweise lediglich der erste Schaltzustand der ermittelten Sequenz an die Schalter übermittelt und in den Schaltern umgesetzt und am Ende dieses Teils der Sequenz der verbleibende Teil der Sequenz verworfen und das beschriebene Vorgehen wiederholt, d. h. eine vollständig neue optimale Sequenz aus der Kombination aller zukünftig möglichen Schaltzustände ermittelt und erneut lediglich ein Teil der Sequenz an die Schalter übermittelt. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht durch Auswahl von an jeweilige Anforderungen angepassten Schaltzuständen der Leistungselektronik eine entsprechende Anpassung von durch eine Leistungselektronik erzeugten Fehlersignalen bzw. von jeweiligen spektralen Eigenschaften der Fehlersignale einer Ausgangsspannung der
Leistungselektronik, auch ohne dass ein Systemtakt einer Steuerung der
Leistungselektronik verändert bzw. moduliert werden muss. In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Fahrzeugs gewählt wird.
Da sich Anforderungen an elektrische Geräte, wie bspw. CISPR-Grenzwerte in
Abhängigkeit von Länderstandards, d. h. in Abhängigkeit einer aktuellen Position eines jeweiligen Fahrzeugs ändern können, ist in Ausgestaltung vorgesehen, jeweilige
Anforderungen an ein Frequenzspektrum eines Fehlersignals eines auszuwählenden Schaltzustands einer Leistungselektronik in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Fahrzeugs, die bspw. mittels eines GPS-Sensors ermittelt wird, auszuwählen.
Es ist auch denkbar, dass die jeweiligen Anforderungen dynamisch an Veränderungen jeweiliger Drittgeräte, wie bspw. an einen an einem Radioempfänger eingestellten Radiosender, angepasst werden. Dazu können bspw. mit einem an dem Radiosender eingestellten Frequenzband mitlaufende, d. h. sich entsprechend einer aktuellen
Einstellung des Radiosenders ändernde, spektrale Lücken in einem Frequenzspektrum eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer jeweiligen Leistungselektronik als Grundlage zur Auswahl jeweiliger Anforderungen verwendet werden. Dies bedeutet, dass Schaltzustände einer Leistungselektronik in Abhängigkeit einer Anforderung ausgewählt werden, die sich dynamisch bspw. gemäß einem aktuell eingestellten Radiosender bzw. gemäß einem aktuellen Suchfenster eines Radioempfängers ändert.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit mindestens eines
Fahrzeugparameters des Fahrzeugs gewählt wird.
Neben Veränderungen von Drittgeräten, wie bspw. Radioempfängern, können auch Veränderungen von Fahrzeugparametern, wie bspw. einer Geschwindigkeit, zur Auswahl bzw. zur Änderung einer jeweiligen Anforderung verwendet werden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anforderung durch ein von dem Fahrzeug umfasstes Gerät und/oder durch ein einem Nutzer zugeordnetes Gerät vorgegeben wird.
Da auch einem jeweiligen Nutzer zugeordnete Geräte, wie bspw. Smartphones anfällig für Störsignale sind, ist in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen, dass jeweilige Anforderungen durch ein einem Nutzer zugeordnetes Gerät an sich oder in Kombination mit einem weiteren Gerät, wie bspw. einem Radioempfänger eines jeweiligen Fahrzeugs, vorgegeben bzw. zur Auswahl jeweiliger Anforderungen verwendet werden. Entsprechend kann eine Anforderung dahingehend ausgestaltet sein, dass von einer Leistungselektronik erzeugte Frequenzen, die ein Empfangsfrequenzband des
Radioempfängers von bspw. 101MhZ überlagern, d. h. Frequenzen im Bereich von 90MhZ bis HOMhZ, möglichst geringe Amplituden zeigen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass alle möglichen Schaltzustände der Leistungselektronik simuliert und auf ihren Einfluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums eines Fehlersignals in einem vorgegebenen Zeitbereich des mindestens einen Leistungshalbleiters überprüft werden, wobei derjenige Schaltzustand aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der eine der mindestens einen Anforderung nächstkommende Veränderung des
Frequenzspektrums bewirkt. Zur Auswahl eines an einer jeweiligen Leistungselektronik einzustellenden Schaltzustands einer Leistungselektronik aus einer Anzahl simulierter Schaltzustände, ist vorgesehen, dass alle potentiell verfügbaren Schaltzustände simuliert werden und anhand eines Abgleichs von spektralen Eigenschaften von Fehlersignalen entsprechender
Ausgangsspannungen der Leistungselektronik und einer vorgegebenen Anforderung derjenige Schaltzustand aus den simulierten Schaltzuständen ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die Anforderung bestmöglich erfüllt, d. h. eine Ausgangsspannung an der Leistungselektronik bewirkt, die die Anforderung bestmöglich erfüllt. Zur Simulation aller verfügbaren Schaltzustände einer Leistungselektronik können jeweilige Leistungshalbleiter in allen möglichen Schaltzuständen und in allen
Kombinationen mit allen weiteren Leistungshalbleitern einer Leistungselektronik betrachtet werden. Ein Schaltzustand einer Leistungselektronik gibt insbesondere einen Zustand aller Leistungshalbleiter der entsprechenden Leistungselektronik an.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Fehlersignal eines jeden simulierten Schaltzustands der Leistungselektronik mittels einer Sigma-Delta Modulation vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln, wobei als Integratorelement der Sigma-Delta Modulation eine exponentiell abnehmende Fensterfunktion gewählt wird, um einen Einfluss jeweiliger zurückliegender
Schaltvorgänge bzw. Schaltzustände der mindestens einen Leistungselektronik auf die Veränderung des Fehlersignals der Leistungselektronik zu reduzieren und insbesondere Schwingungen in dem Fehlersignal zu unterdrücken.
Mittels einer exponentiell abnehmenden Fensterfunktion als Integratorelement einer Sigma-Delta Modulation ist es möglich, einen Einfluss zurückliegender Schaltzustände der Leistungselektronik zu reduzieren und, dadurch bedingt, eine Stabilität der
Vorverarbeitung zu erhöhen und einen Einfluss von Schwingungen, die häufig zu
Störungen in Drittgeräten führen, auf die Sigma-Delta Modulation zu reduzieren. Die Schaltzustände der Leistungselektronik definieren sich dabei durch Zusammenschau bzw. Zusammenwirken der jeweiligen Schaltzustände der einzelnen Leistungshalbleiter der Leistungselektronik. Zur Veranschaulichung dieses Ansatzes kann das Integratorelement als ein Filter interpretiert werden, der das Fehlersignal gewichtet, um einen spektralen Strafterm, der die Werte von Amplituden ausgewählter Frequenzen, wie bspw. diejenigen von hohen Frequenzen dämpft, zu bilden. Dabei kann der Filter insbesondere einem Zielspektrum gemäß einer jeweiligen Anforderung entsprechen, wobei der Strafterm derart gewählt ist, dass jeweilige Frequenzen derart gedämpft werden, dass sich ein entsprechend gefiltertes Spektrum dem Zielspektrum bestmöglich nähert, indem bspw. Schwingungen in dem Fehlersignal minimiert werden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Fall, dass mehrere Anforderungen vorgegeben werden, mittels mindestens eines vorgegebenen Gewichtungsfaktors ein Zielspektrum ermittelt wird, das als Vorgabe zur Auswahl eines jeweiligen Schaltzustands der Leistungselektronik aus den möglichen simulierten Schaltzuständen der Leistungselektronik verwendet wird.
Mittels eines oder mehrerer Gewichtungsfaktoren können unterschiedliche oder sogar gegenläufige Anforderungen gleichzeitig berücksichtigt werden, wie beispielhaft durch Gleichung (1) gezeigt. Dabei werden die beiden Anforderungen "minimale Schaltverluste" und "hohe Genauigkeit", die sich in der Regel gegenläufig verhalten, mittels der
Gewichtungsfaktoren K und λ gewichtet, so dass beide Anforderungen gemeinsam bzw. zeitgleich bei der Auswahl eines jeweiligen Schaltzustands einer Leistungselektronik berücksichtigt werden können.
Figure imgf000012_0001
Dabei steht ε1<2 für eine spektrale Abweichung bzw. für ein Fehlersignal (siehe Gleichung (2)), λ und K für Gewichtungsfaktoren bzw. Ausgleichsparameter, mittels derer zwischen jeweiligen Anforderungen ausbalanciert wird und θ1<2 für eine Dichte jeweiliger
Schaltaktionen, die einer Dichte jeweiliger Schaltverluste entspricht, und S(k + 1) für den nächsten ausgewählten Schaltzustand, wobei für einen Gleichspanungswandler gelte S ε {0,1}- S beschreibt im Sinne dieser Erfindung eine zahlenwertige Repräsentation der Schaltzustände, die auf den zeitlich folgenden Schaltzustand einer jeweiligen
Leistungselektronik hinweisen. Ferner gilt Gleichung (2), um ε1<2 zu berechnen:
Figure imgf000012_0002
Dabei steht F(Ü>) für ein frequenztransformiertes, d. h. insbesondere Fouriertransformiertes quantifiziertes Ausgangssignal, Sp*(a>) für ein Zielspektrum des
Fehlersignals, und G(Ü>) für ein angestrebtes Ausgangsprofil.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Fehlersignal des mindestens einen Leistungshalbleiters mittels einer
Filterfunktion vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln.
Um einen jeweiligen optimalen bzw. einen zu einer jeweiligen Anforderung am besten passenden Schaltzustand aus einer Anzahl simulierter Schaltzustände einer
Leistungselektronik zu ermitteln, ist vorgesehen, die Fehlersignale der simulierten Schaltzustände hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften zu untersuchen und im Hinblick auf die jeweilige Anforderung auszuwählen. Zur Beurteilung der Eignung eines jeweiligen Schaltzustands einer Leistungselektronik zur Erfüllung der jeweiligen Anforderung ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass die Fehlersignale der simulierten Schaltzustände der Leistungselektronik mittels einer Filterfunktion vorverarbeitet werden. Als Filterfunktion kann beispielsweise ein Bandpass bzw. Bandbreitenfilter oder ein Notch-Filter (Kerbfilter bzw. Frequenzsperrfilter) gewählt werden, der ein Frequenzspektrum eines Fehlersignals eines jeweiligen Schaltzustands einer Leistungselektronik an eine durch die Anforderung bestimmte Zielvorgabe annähert, indem beispielsweise ein bestimmter Frequenzbereich in seiner Amplitude gesenkt wird. Durch die Vorverarbeitung der Fehlersignale aller simulierten Schaltzustände einer Leistungselektronik kann ein jeweiliger am besten geeigneter Schaltzustand identifiziert und zur Einstellung an einer jeweiligen Leistungselektronik ausgewählt werden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Filterfunktion eine für hohe Frequenzen zu jeweiligen Amplituden einer Anzahl ausgewählter Frequenzen umgekehrt proportional fallende Cut-Off Funktion gewählt wird. Mittels einer für hohe Frequenzen bzw. entsprechenden Amplituden der hohen
Frequenzen umgekehrt proportional fallende Cut-Off Funktion ist es möglich, eine
Filtercharakteristik zu erzeugen, wie sie für einen Bandpass typisch ist. Dies bedeutet, dass mittels der für hohe Frequenzen umgekehrt proportional fallenden Cut-Off Funktion eine Flanke eines Spektrums eines Fehlersignals eines Leistungshalbleiters abgeschnitten bzw. in seiner Amplitude stark reduziert werden kann, so dass Einflüsse der hohen Frequenzen minimiert werden. Durch die Anwendung einer Cut-Off Funktion auf ein Spektrum eines Fehlersignals ist es möglich, einen vorgegebenen Frequenzbereich des Spektrums "abzuschneiden" bzw. das Spektrum derart zu filtern, dass der vorgegebene Frequenzbereich in seinen entsprechenden Amplituden gedämpft wird.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass ausgewählte Werte des Frequenzspektrums mittels einer mathematischen Funktion in ihrer Amplitude unter einen vorgegebenen Schwellenwert reduziert werden. Um für Drittgeräte, wie beispielsweise Radioempfänger eines Fahrzeugs störende Frequenzen beim Betrieb einer Leistungselektronik, beispielsweise der
Spannungswandlung zwischen zwei Bordnetzen, zu vermeiden, ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass ausgewählte Frequenzen bzw. Frequenzbereiche, von beispielsweise 800 kHz bis 850 kHz mittels einer mathematischen Funktion, wie bspw. einer
Filterfunktion, gedämpft, bzw. in ihrer Amplitude reduziert, d. h. in ihrer Intensität geschwächt werden. Durch eine Schwächung von ausgewählten Frequenzbereichen in ihrer Intensität entstehen sogenannte "spektrale Lücken", die insbesondere derart gewählt werden, dass diese in Betriebsbereichen von Drittgeräten gelegt werden, um jeweilige Anforderungen von bspw. den Drittgeräten zu erfüllen. Durch eine selektive Dämpfung ausgewählter Frequenzen ist es möglich, ausgewählte Bereiche eines jeweiligen Frequenzspektrums eines Fehlersignals eines Schaltzustands der
Leistungselektronik zu filtern bzw. zu dämpfen, so dass Störungen in den Drittgeräten reduziert bzw. komplett vermieden werden können. Es ist ferner möglich, eine Vielzahl von Bereichen in dem jeweiligen Frequenzspektrum mittels der mathematischen Funktion zu filtern bzw. zu dämpfen, wobei jeweilige Bereiche auch dynamisch in Abhängigkeit einer aktuellen Einstellung mindestens eines Drittgeräts des Fahrzeugs gewählt werden können. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Schwellenwert eine Amplitude von 40 dB gewählt wird.
Erfahrungsgemäß hat sich ein Schwellenwert von 40 dB als Schwellenwert für eine Dämpfung jeweiliger Frequenzen bewährt, da bei einer Intensität unterhalb dieses Schwellenwerts ein Einfluss auf Drittgeräte signifikant reduziert wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Modulator für eine Leistungselektronik, wobei der Modulator mindestens ein Steuergerät umfasst, das dazu konfiguriert ist, einen Schaltzustand der Leistungselektronik in Abhängigkeit eines Vergleichs von durch mindestens eine Vorgabe vorgegebenen spektralen Anforderungen und jeweiliger Frequenzspektren von Fehlersignalen einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik, die jeweils einem simulierten Schaltzustand der Leistungselektronik entsprechen, auszuwählen und bei gleichbleibender Taktung jeweiliger Schaltraten der
Leistungselektronik aus der Anzahl simulierter Schaltzustände an der Leistungselektronik einzustellen.
Der Schaltzustand der Leistungselektronik wird dabei durch ein Zusammenwirken jeweiliger Schaltzustände von durch die Leistungselektronik umfassten
Leistungshalbleitern definiert. Die Leistungselektronik umfasst mindestens einen, in der Regel eine Mehrzahl von Leistungshalbleitern. Der vorgestellte Modulator dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, zur Regelung eines zeitlichen Mittelwerts der Ausgangsspannung des
Gleichspannungswandlers das vorgestellte Verfahren mit Spannungs- oder
Stromregelungsmethoden (insbesondere P-, PI-, und PID-Regelung, Deadbeat-Regelung, Sliding-Mode-Regelung, LQR-Regelung) zu kombinieren. Dabei wird das vorgestellte Verfahren als innere Regelschleife einer kaskadierten Regelungsstruktur verwendet, während die Spannungsregelung die äußere Regelschleife bildet.
Hierbei kann ein Offset von den berechneten Werten der zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände subtrahiert werden, um den gewünschten zeitlichen Mittelwert des Ausgangssignals bzw. der Ausgangsspannung zu erreichen. Als zahlenwertige
Repräsentation der Schaltzustände im Sinne der Erfindung werden die binären Symbole (beispielsweise {0, 1}) als Zustandsbeschreibung des Zustandes eines elektrischen Schalters (offen und leitend) als numerische Zahlenwerte aufgefasst und verarbeitet, um beispielsweise numerisch Zwischenstufen zwischen den Zuständen zu beschreiben oder mathematische Operationen auszuführen, die einen mehr oder weniger kontinuierlichen oder dichten Wertebereich benötigen. Soll z. B. bei einem Tiefsetzsteller eine
Ausgangsspannung von der halben Amplitude der Eingangsspannung eingestellt werden, berechnet das vorgestellte Verfahren mittels der zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände S ε {-0.5, 0.5} das Ausgangssignal, unter Beibehaltung aller
vorgestellten Vorteile. Es wird ein Verhältnis von 0.5 zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung durch die äußere Regelung erzwungen.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Modulators ist vorgesehen, dass das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, in dem Frequenzspektrum mittels der mathematischen Funktion in Abhängigkeit der mindestens einen Anforderung spektrale Lücken zu erzeugen.
Durch Erzeugen "spektraler Lücken", d. h. einer Dämpfung von ausgewählten Frequenzen in einem Frequenzspektrum eines Fehlersignals eines Schaltzustands einer
Leistungselektronik, ist es möglich, eine jeweilige Leistungselektronik so zu betreiben, dass jeweilige Drittgeräte eines Fahrzeugs bzw. eines Nutzers nicht in ihrem Betrieb beeinträchtigt werden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens, bei dem in Abhängigkeit einer aktuellen Position eines jeweiligen Fahrzeugs eine Vorgabe zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens ausgewählt wird.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. Figur 3 zeigt Auswirkungen verschieden gewählter Gewichtungsfaktoren bei der
Berechnung eines Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer Leistungselektronik gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. Figur 4 zeigt Auswirkungen einer Filterfunktion zur Überlagerung eines
Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer
Leistungselektronik gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. Figur 5 zeigt Auswirkungen einer weiteren Filterfunktion zur Überlagerung eines
Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer
Leistungselektronik gemäß noch einer weiteren möglichen Ausgestaltung des
vorgestellten Verfahrens. Figur 6 zeigt Auswirkungen einer weiteren Filterfunktion zur Überlagerung eines
Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer
Leistungselektronik gemäß noch einer anderen Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens zur Erzeugung von Lücken in dem Frequenzspektrum einer
Ausgangsspannung.
Figur 7 stellt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, in der eine spektrale Regelung kaskadiert innerhalb einer Regelschleife zur Regelung der Spannung eines Anschlussklemmenpaares verwendet wird. Die Spannungsregelung kann auch durch eine Stromregelung ersetzt oder ergänzt werden.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens zur Beeinflussung eines Frequenzspektrums einer
Ausgangsspannung eines leistungselektronischen Schalters. Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens zur Minimierung der Schaltverluste eines
leistungselektronischen Schalters. Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens durch eine Kombination der in Figur 8 und Figur 9 dargestellten Ausgestaltungen.
In Figur 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, das ein Drittgerät in Form eines
Radioempfängers 3 sowie eine Leistungselektronik zur Steuerung eines Elektromotors des Fahrzeugs umfasst.
Da der Radioempfänger 3 in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Fahrzeugs eingestellt wird, um bspw. nationalen Vorgaben zu entsprechen, wird die aktuelle Position des Fahrzeugs 1 mittels eines GPS-Systems 5 erfasst. Mittels der aktuellen Position des Fahrzeugs 1 werden entsprechende nationale Vorgaben aus einer Datenbank 7 abgefragt und Vorgaben an ein Fehlersignal einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik erzeugt. In Abhängigkeit der Vorgaben wird ein Zielwert für ein Spektrum des
Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik erzeugt. Dieser Zielwert bzw. ein entsprechendes Zielspektrum 9 wird als Ausgangswert für einen Vergleich verwendet, bei dem alle möglichen Schaltzustände der Leistungselektronik simuliert und auf ihre spektralen Auswirkungen auf die Ausgangsspannung der Leistungselektronik hin untersucht werden. Dies bedeutet, dass jedes Frequenzspektrum eines Fehlersignals einer gemäß einem jeweiligen simulierten Schaltzustands einer Leistungselektronik erzeugten Ausgangsspannung mit dem Zielspektrum 9 verglichen wird und der
Schaltzustand aus der Anzahl simulierter Schaltzustände ausgewählt wird, der eine Ausgangsspannung bewirkt, die dem Zielspektrum bestmöglich entspricht. Um jeweilige Anforderungen zu erfüllen, kann das Zielspektrum 9 insbesondere spektrale Lücken aufweisen, in denen die Amplituden jeweiliger Frequenzen besonders stark gedämpft sind. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 21 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 23 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Ausgehend von den vergangenen Werten 23 werden alle möglichen alternativen Schaltzustände der Leistungselektronik in einem
Alternativenbildungsschritt 25 ermittelt. Für jeden Schaltzustand der in dem
Alternativenbildungsschritt 25 ermittelten Schaltzustände wird unabhängig voneinander ein entsprechendes Fehlersignal in einem Schritt 27 bzw. 27' ermittelt und in
Frequenztransformationsschritten 28 und 29 bzw. 28' und 29', bei denen eine Fourier- Transformation eines ausgewählten Zeitbereichs berechnet wird, auf seine spektralen Bestandteile hin untersucht. Selbstverständlich können die
Frequenztransformationsschritte 28 und 29 bzw. 28' und 29' unter Verwendung von Kurzzeitfrequenzanalysen, wie bspw. Wavelets, zu einem Schritt 30 zusammengefasst werden. Auf die jeweiligen durch die Frequenztransformationsschritte 28 und 29 bzw. 28' und 29' berechneten Frequenzspektren werden in einem Schritt 31 bzw. 31 ' ausgewählte mathematische Funktionen, wie bspw. Filter und/oder Normfunktionen angewandt, um deren Entsprechung zu jeweiligen Anforderungen zu beurteilen und in einem
Auswahlschritt 33 den Schaltzustand der Leistungselektronik auszuwählen, der eine Ausgangsspannung der Leistungselektronik bewirkt, die die Anforderungen bestmöglich erfüllt und diesen entsprechend mittels eines Modulators, wie bspw. eines
Pulsweitenmodulators in einem Stellschritt 35 an der Leistungselektronik einzustellen. Zur Beurteilung, ob ein jeweiliges Frequenzspektrum eine jeweilige Anforderung bestmöglich erfüllt, kann bspw. eine Differenz zwischen einem der Anforderung entsprechenden Spektrum und einem jeweiligen Spektrum, das einem bestimmten Schaltzustand aus den in Schritt 25 ermittelten alternativen Schaltzuständen zugeordnet ist, berechnet werden. Einem jeweiligen Schaltzustand der Leistungselektronik ist eine oder eine Mehrzahl von Konfigurationen von Schaltzuständen der von der Leistungselektronik umfassten
Leistungshalbleiter zugeordnet. Dies bedeutet, dass ein jeweiliger Schaltzustand der Leistungselektronik durch eine bestimmte Konfiguration von Schaltzuständen der einzelnen Leistungshalbleiter der Leistungselektronik realisiert wird. Dabei ist es denkbar, dass es zur Realisierung eines Schaltzustands der Leistungselektronik mehrere alternative Konfigurationen von Schaltzuständen der Leistungshalbleiter gibt.
In Figur 3 sind ein erstes Spektrum 31 und ein zweites Spektrum 33 dargestellt, wobei das erste Spektrum 31 und das zweite Spektrum 33 jeweils in einem Diagramm eingetragen sind, das sich auf der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine normierte relative Amplitude erstreckt.
Das erste Spektrum 31 zeigt Auswirkungen unterschiedlich gewählter
Gewichtungsfaktoren auf eine Gleichung, mittels derer zwei Anforderungen simultan bei der Berechnung eines Spektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer Leistungselektronik berücksichtigt werden. Mittels der Gewichtungsfaktoren werden Faktoren der Gleichung gemäß der zwei Anforderungen derart anpasst, dass ein entsprechendes Spektrum den zwei Anforderungen bestmöglich entspricht, d. h.
geringstmögliche Abweichungen von durch die zwei Anforderungen vorgegebenen Zielspektren zeigt. Vorliegend zeigt das erste Spektrum 31 die Auswirkungen der Auswahl von kleinen Werten bei der Bestimmung eines ersten Gewichtungsfaktors, so dass niedrige Frequenzen, bspw. in einem Bereich 35 im Vergleich zu höheren
Frequenzen in einem Bereich 37 verhältnismäßig stark gedämpft werden. Durch den Einfluss des zweiten Gewichtungsfaktors kommt es jedoch im Bereich 35 zu einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Ausreißern 39, die zu Störungen in Drittgeräten führen könnten.
Der Fall, dass große Werte zur Bestimmung des ersten Gewichtungsfaktors gewählt werden, so dass niedrige Werte eines jeweiligen Störsignals toleriert bzw. höhere Werte des Störsignals gedämpft werden, ist durch das zweite Spektrum 33 dargestellt, das insbesondere bei hohen Frequenzen gedämpft wird, wobei einzelne sehr starke Ausreißer 39 auftreten, die als Störsignale Einfluss auf Drittgeräte haben könnten. Es hat sich herausgestellt, dass eine Möglichkeit zur Reduktion der Ausreißer 39 darin besteht, eine 5 Anzahl von Simulationsschritten von Schaltzuständen der Leistungselektronik und damit verbunden von jeweiligen Schaltzuständen der Leistungshalbleiter, die bei der
Berechnung des zweiten Spektrums 33 berücksichtigt werden, zu erhöhen. Dies bedeutet, dass eine Simulation von einer Vielzahl, wie bspw. 2, 5, 10 oder 100 in der Zukunft liegenden Schaltzuständen, die Ausreißer reduziert bzw. minimiert.
10
In Figur 4 ist ein Spektrum 43 dargestellt, das in ein Diagramm eingetragen wurde, das sich auf der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine normierte relative Amplitude erstreckt. Durch Anwendung einer Filterfunktion wurde ein dem Spektrum 43 zugrundeliegendes Fehlersignal derart aufbereitet, dass das Spektrum 15 43 einen stark abflachenden Randbereich 45 zeigt, durch den jeweilige Störfrequenzen gemäß einer jeweiligen Anforderung herausgefiltert bzw. unterdrückt werden können.
In Figur 5 ist ein Spektrum 51 dargestellt, das in ein Diagramm eingetragen wurde, das sich auf der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine
20 normierte relative Amplitude erstreckt. Durch Anwendung einer mathematischen
Filterfunktion wurde ein Bereich 53 innerhalb des Spektrums 51 , bei ca. 5000 Hz mit einer Breite von ca. 400 Hz gedämpft, um eine spektrale Lücke in dem Spektrum 51 zu erzeugen, so dass ein Drittgerät, dass sensitiv für Störsignale im Bereich von 5000 Hz ist, störungslos parallel zu einer entsprechend geregelten Leistungselektronik betrieben
25 werden kann.
In Figur 6 ist Spektrum 54 dargestellt, welches das Spektrum eines Schaltsignals eines Schalters einer Leistungselektronik unter der Anwendung einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens zeigt, welches in ein Diagramm eingetragen wurde, das sich auf 30 der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine normierte relative Amplitude erstreckt. Durch Anwendung einer vorberechneten mathematischen Filterfunktion werden gleichzeitig zwei Bereiche 55 und 56 von dem vorgestellten Regelungsverfahren gedämpft, um zwei spektrale Lücken in dem Spektrum 54 zu erzeugen, sodass ein Drittgerät, dass sensitiv für Störsignale in diesen beiden Bereichen ist, störungslos parallel zu einer entsprechend geregelten Leistungselektronik betrieben werden kann.
Bei dem in Figur 7 dargestellten Ablauf wird das vorgestellte Verfahren 60 in einer kaskadierten Regelung angewendet, um die Ausgangsspannung 62 eines
Gleichspannungswandlers 61 mithilfe einer äußeren Regelschleife 59 zu regeln. Dabei wird der Spannungsfehler 64 berechnet, indem die Ausgangsspannung 62 des
Gleichspannungswandlers 61 von dem Sollwert 57 subtrahiert wird. Aus dem
Spannungsfehler 64 kann folglich der Eingang zur Spannungsregelungsmethode 63 (z. B. Pl-Regler) berechnet werden. Das Verhältnis des Spannungsfehlers 64 zur
Eingangsspannung wird von der zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände subtrahiert, und als Eingang des äußeren Spannungsreglers 63 verwendet. Der äußere Spannungsregler 63 berechnet den Eingang des in der Erfindung vorgestellten
Verfahrens 60. Das vorgestellte Verfahren 60 berechnet mithilfe einer
Frequenztransformation aus diesem Wert die optimalen Schaltsignale zur Ansteuerung mindestens eines Schalters der Leistungselektronik 61.
Bei dem in Figur 8 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 58 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 70 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Mittels der Ermittlung aller möglichen Schaltzustände einer Leistungselektronik 71 und 7 , und deren Subtrahierung 65 von dem Sollwertsignal, werden alle möglichen zukünftigen Schaltzustände einer Leistungselektronik und die Historie von Schaltzuständen der Leistungselektronik mit einem zeitlich exponentiell abfallenden Fenster 66 multipliziert, um die Eingangssignale als Vektoren für die
Frequenztransformation 67 bereitzustellen. Die Resultate der Frequenztransformation 67 werden mit einem Zielspektrum 68 verglichen, woraus ein Fehlersignal im Frequenzbereich berechnet wird. Aus allen möglichen Schaltzuständen wird der
Schaltzustand mit dem für die Anwendung optimalsten Fehlersignal im Frequenzbereich in Schritt 69 bestimmt, und als Schaltsignal 74 eines Schalters einer Leistungselektronik ausgegeben.
Bei dem in Figur 9 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 58 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 70 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Mittels der Ermittlung aller möglichen Schaltzustände einer Leistungselektronik 71 und 7 , werden alle möglichen zukünftigen Schaltzustände einer Leistungselektronik und die Historie von Schaltzuständen der Leistungselektronik evaluiert, um die Anzahl der Schaltvorgänge in dem untersuchten Zeitfenster für alle möglichen zukünftigen Schaltzustände in einem Schritt 72 zu bestimmen. Daraufhin wird in einem Schritt 73 aus allen möglichen zukünftigen Schaltzuständen der zukünftige Schaltzustand, der am besten in Einklang mit den im Voraus bestimmten Vorgaben (z. B. minimale Anzahl an Schaltzuständen) ist, ausgewählt, und in Schritt 75 als Schaltsignal eines Schalters einer Leistungselektronik ausgeben.
Bei dem in Figur 10 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 58 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 70 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Der dargestellte Ablauf kombiniert die Rechenvorgänge der dargestellten Abläufe in Figur 8 und Figur 9. Hierbei wird sowohl die Anzahl der
Schaltzustände in dem untersuchten Zeitfenster als auch das Fehlersignal im
Frequenzbereich aller möglichen Schaltzustände für alle möglichen zukünftigen
Schaltzustände berücksichtigt, um die Auswahl des zukünftigen Schaltzustands der Leistungselektronik zu berechnen. Hierbei werden die mit dem Zielspektrum 68 verglichenen Ausgangssignale im Frequenzbereich aller möglichen zukünftigen
Schaltzustände und die Anzahl der Schaltzustände in dem untersuchten Zeitfenster für alle möglichen zukünftigen Schaltzustände in einem Schritt 77 mit einem vordefinierten Gewichtungsfaktor multipliziert, um eine gewichtete Bewertung zu berechnen. Daraufhin werden in einem Schritt 78 für alle möglichen zukünftigen Schaltzustände die gewichteten Berechnungen addiert, um die Gesamtbewertung jedes möglichen
zukünftigen Schaltzustandes zu ermitteln. Diese werden analog zu 69 und 73 durch ein im Voraus bestimmtes Verfahren 76 verglichen, um den optimalen zukünftigen
Schaltzustand zu identifizieren. Der optimale zukünftige Schaltzustand wird in Schritt 79 an einen Schalter einer Leistungselektronik weitergegeben.
Eine Ausführungsform der vorgestellten Erfindung umfasst mindestens eine integrierte Schaltung, vorzugsweise einen digitalen Signalprozessor (DSP), ein Field-programmable- Gate-Array (FPGA) oder eine applikationsspezifische integrierte Schaltung ASIC, um das Verfahren zu implementieren. Vorzugsweise misst diese Ausführungsform mittels mindestens einer Spannungsmessung mindestens eine elektrische Spannung an mindestens einem elektrischen Anschlusspaar und konvertiert das mindestens eine Signal der mindestens einen Spannungsmessung mittels einer analog-digital-Wandlung in digitale Werte für die genannte mindestens eine integrierte Schaltung. Vorzugsweise
implementiert diese Ausführungsform eine kaskadierte Regelung, bei der beispielsweise eine spektrale Regelung in eine Spannungsregelung eingebettet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Erfindung ferner mindestens eine digitale Frequenztransformation, vorzugsweise eine diskrete Fourier-Transformation. Die mindestens eine Frequenztransformation kann insbesondere mindestens ein digitales Spannungssignal unmittelbar oder mittelbar nach weiteren mathematischen Operationen in einen Frequenzbereich transformieren. Ferner kann diese Ausführungsform
mindestens ein Schieberegister umfassen. Das mindestens eine Schieberegister speichert vorzugsweise vergangene Schaltzustände der Leistungselektronik, wobei der älteste Wert in dem Speicher in jedem Taktschritt gelöscht werden kann, wenn ein neuer Wert hinzugefügt wird. Die Ausgabe der Schaltzustände, die aufgrund der Simulation der möglichen Schaltzustände als optimal identifiziert wurden, kann mittels mindestens einem digitalen Ausgang der mindestens einen integrierten Schaltung erfolgen. Vorzugsweise umfasst die Ausführungsform neben dem mindestens einen digitalen Ausgang ferner mindestens einen Gate-Treiber, der mindestens ein Signal des mindestens einen digitalen Ausganges empfängt und dieses Signal für mindestens einen elektronischen Schalter elektrisch verstärkt.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Regelungskaskade, die mindestens eine Spannungsregelung und mindestens eine spektrale Regelung umfasst, ferner mindestens zwei integrierte Schaltungen umfassen, wobei davon mindestens eine integrierte
Schaltung eine Spannungsregelung umfassend mindestens einen analog-digital-Wandler, mindestens einen digitalen Ausgang zur Ausgabe von Schaltzuständen und mindestens einen Regler implementiert und mindestens eine integrierte Schaltung eine spektrale Regelung umfassend mindestens eine Frequenztransformation, mindestens ein
Schieberegister, mindestens eine Vektordifferenzeinheit zur Berechnung der Differenz zweier Vektoren und mindestens eine kumulative Summeneinheit, die als Eingang mindestens einen Vektor erhält und die Summe der Einträge des Vektors berechnet, implementiert. Bei Berechnung der Differenz zweier Vektoren wird vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar nach weiteren mathematischen Operationen die
Vektordifferenz zwischen den Spektren von einer simulierten Spannung und einem Zielspektrum berechnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Regeln einer Leistungselektronik, bei dem ein Schaltzustand der Leistungselektronik aus einer Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik in Abhängigkeit mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Leistungselektronik Energie zwischen mindestens zwei elektrischen Anschlusspaaren mit jeweils voneinander unterschiedlicher Gleichspannung transferiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Leistungselektronik einen aktuellen Takt eines Modulators beibehält.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem alle möglichen
Schaltzustände der Leistungselektronik simuliert und auf ihren Einfluss auf eine
Veränderung eines Frequenzspektrums des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei derjenige Schaltzustand aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die mindestens eine Anforderung bestmöglich erfüllt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem alle möglichen Schaltzustände der
Leistungselektronik für einen nächsten Taktschritt des Modulators in der Zukunft simuliert und auf ihren Einfluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei derjenige Schaltzustand aus den simulierten
Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die mindestens eine Anforderung bestmöglich erfüllt.
6. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem alle möglichen Sequenzen von
Schaltzuständen der Leistungselektronik für mindestens zwei aufeinanderfolgende nächste Taktschritte des Modulators in der Zukunft simuliert und auf ihren Einfluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei zumindest der zeitlich früheste Schaltzustand derjenigen Sequenz aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, welche die mindestens eine Anforderung
bestmöglich erfüllt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem das Fehlersignal eines jeden simulierten Schaltzustands der Leistungselektronik mittels einer Sigma-Delta Modulation vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands der
Leistungselektronik zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln, wobei als Integratorelement der Sigma-Delta Modulation eine exponentiell abnehmende
Fensterfunktion gewählt wird, um einen Einfluss jeweiliger vorausgegangener
Schaltzustände der Leistungselektronik auf die Veränderung des Fehlersignals zu reduzieren und insbesondere Schwingungen zu unterdrücken.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem für den Fall, dass mehrere Anforderungen vorgegeben werden, mittels mindestens eines vorgegebenen
Gewichtungsfaktors ein Zielspektrum ermittelt wird, das als Vorgabe zur Auswahl eines jeweiligen Schaltzustands der Leistungselektronik aus den möglichen simulierten
Schaltzuständen der Leistungselektronik verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem das Fehlersignal der
Ausgangsspannung der Leistungselektronik mittels einer Filterfunktion vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands der Leistungselektronik zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Filterfunktion einen frequenzabhängigen 5 Verlauf aufweist und deren Wert an mindestens einer Frequenz mindestens das
Zehnfache des Wertes einer anderen Frequenz aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ausgewählte Werte des Frequenzspektrums mittels einer mathematischen Funktion in ihrer Amplitude unter einen vorgegebenen
10 Schwellenwert reduziert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , bei dem als Schwellenwert eine Amplitude von 40 dB gewählt wird.
15 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit mindestens eines Fahrzeugparameters eines Fahrzeugs gewählt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik 20 für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit einer
aktuellen Position des Fahrzeugs gewählt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung durch ein von dem Fahrzeug
25 umfasstes Gerät und/oder durch ein einem Nutzer zugeordnetes Gerät vorgegeben wird.
16. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zur Erzeugung des Fehlersignales das Ergebnis einer Subtraktion des Verhältnisses eines Zielwertes der elektrischen Spannung mindestens eines ersten elektrischen Anschlusspaares zur elektrischen Spannung mindestens eines zweiten elektrischen Anschlusspaares von einer zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine elektrische Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares über einen Wert einer Filterfunktion bei einer vorher festgelegten Frequenz eingestellt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die vorher festgelegte Frequenz der
Filterfunktion zur Einstellung der elektrischen Spannung des mindestens einen elektrischen Anschlusspaares kleiner als 1 Hz ist.
19. Modulator für eine Leistungselektronik, wobei der Modulator mindestens ein
Steuergerät umfasst, das dazu konfiguriert ist, einen Schaltzustand der
Leistungselektronik aus einer Anzahl simulierter Schaltzustände in Abhängigkeit eines Vergleichs von mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften (9) eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik mit jeweiligen Frequenzspektren (31 , 33, 43, 51) von Fehlersignalen einer
Ausgangsspannung der Leistungselektronik, die jeweils einem simulierten Schaltzustand der Leistungselektronik entsprechen, auszuwählen und bei gleichbleibendem Takt des Modulators an der Leistungselektronik einzustellen.
20. Modulator nach Anspruch 19, wobei die Leistungselektronik mindestens zwei elektrische Anschlusspaare umfasst, deren jeweils zugehörigen elektrischen Spannungen voneinander unterschiedliche Gleichspannungen sind.
21. Modulator nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, in einem jeweiligen Frequenzspektrum (31 , 33, 43, 51) mittels mindestens einer mathematischen Funktion in Abhängigkeit der mindestens einen Anforderung spektrale Lücken (53) zu erzeugen.
22. Modulator nach Anspruch 19, 20 oder 21 , wobei das Steuergerät mindestens einen elektrischen Taktgeber mit gleichbleibender Taktfrequenz umfasst.
23. Modulator nach Anspruch 22, wobei der mindestens eine elektrische Taktgeber 5 mindestens einen elektronischen Quarz umfasst.
24. Modulator nach Anspruch 22, wobei der Modulator mindestens einen digitalen Frequenztransformator umfasst.
10 25. Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium, auf dem
mindestens ein Zielspektrum gespeichert ist, und einem auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu ausgelegt sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer, eine
Regelschleife auszuführen, die ein Frequenzspektrum mindestens einer elektrischen
15 Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares auf das Zielspektrum einstellt, wobei die mindestens eine elektrische Spannung eine Gleichspannung ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110442042A (zh) * 2019-08-13 2019-11-12 华北电力大学 电动汽车接入电力电子变压器数字物理混合实时仿真系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0508171A1 (de) * 1991-04-11 1992-10-14 Siemens Aktiengesellschaft Getaktete Leistungsendstufe für induktive Verbraucher
US5901176A (en) 1997-04-29 1999-05-04 Hewlett-Packard Company Delta-sigma pulse width modulator control circuit
US20010015904A1 (en) 1999-12-27 2001-08-23 Tomonori Kimura Power converter apparatus and related method
US6559698B1 (en) 1999-10-18 2003-05-06 Nippon Precision Circuits, Inc. Spread spectrum type clock generating circuit
US20030174081A1 (en) 2002-03-13 2003-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Controlled drive circuit for an analog driven power semiconductor
US20050254265A1 (en) 2002-08-12 2005-11-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Voltage conversion device, voltage conversion method, and computer-readable recording medium containing program causing computer to execute voltage conversion
US20090033374A1 (en) 2007-07-31 2009-02-05 John Paul Lesso Clock generator
EP2197111A1 (de) * 2008-12-15 2010-06-16 Danaher Motion Stockholm AB Gate-Treiberschaltung, Schalteranordnung und Schaltersystem
US20120032710A1 (en) * 2010-08-09 2012-02-09 Honda Motor Co., Ltd. Semiconductor device driving unit and method

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0508171A1 (de) * 1991-04-11 1992-10-14 Siemens Aktiengesellschaft Getaktete Leistungsendstufe für induktive Verbraucher
US5901176A (en) 1997-04-29 1999-05-04 Hewlett-Packard Company Delta-sigma pulse width modulator control circuit
US6559698B1 (en) 1999-10-18 2003-05-06 Nippon Precision Circuits, Inc. Spread spectrum type clock generating circuit
US20010015904A1 (en) 1999-12-27 2001-08-23 Tomonori Kimura Power converter apparatus and related method
US20030174081A1 (en) 2002-03-13 2003-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Controlled drive circuit for an analog driven power semiconductor
US20050254265A1 (en) 2002-08-12 2005-11-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Voltage conversion device, voltage conversion method, and computer-readable recording medium containing program causing computer to execute voltage conversion
US20090033374A1 (en) 2007-07-31 2009-02-05 John Paul Lesso Clock generator
EP2197111A1 (de) * 2008-12-15 2010-06-16 Danaher Motion Stockholm AB Gate-Treiberschaltung, Schalteranordnung und Schaltersystem
US20120032710A1 (en) * 2010-08-09 2012-02-09 Honda Motor Co., Ltd. Semiconductor device driving unit and method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. SCHROEDER: "Leistungselektronische Schaltungen", 2012, SPRINGER
R. W. ERICKSON; D. MAKSIMOVIC: "Fundamentals of Power Electronics", 2001, SPRINGER

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110442042A (zh) * 2019-08-13 2019-11-12 华北电力大学 电动汽车接入电力电子变压器数字物理混合实时仿真系统
CN110442042B (zh) * 2019-08-13 2021-01-15 华北电力大学 电动汽车接入电力电子变压器数字物理混合实时仿真系统

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